型鋼混凝土柱的數(shù)值模擬分析★

王城泉 鄒昀 郭翔

隨著建筑物的高度和跨度都在不斷增大，柱子將要承擔(dān)越來越大的軸向壓力。當(dāng)采用混凝土柱時(shí)，即使提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，由于軸壓比的限制，柱截面往往很大，宜形成短柱，對(duì)抗震不利。但如果改用SRC柱，由于其承載力可比相同截面的混凝土柱高出近一倍，所以柱截面將顯著減少［1，2］。因此，在混凝土(RC)柱中設(shè)置核心型鋼，是RC結(jié)構(gòu)重載柱提高抗震性能的主要組合結(jié)構(gòu)形式之一［3，4］。為了較為準(zhǔn)確的了解型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能，利用ABAQUS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性有限元分析。

1 有限元模擬

1.1 模型的基本信息

為了驗(yàn)證有限元分析的有效性與合理性，首先以試驗(yàn)構(gòu)件為研究對(duì)象［5-7］，建立兩根 SRC柱的有限元模型，試件高度為1.35 m。柱截面如圖1所示，采用HRP335的對(duì)稱配筋，縱筋配筋率為1.81%，箍筋6φ@100。構(gòu)件參數(shù)詳細(xì)信息見表1。表1中，ρs，s為鋼骨率，%;bf，tf分別為型鋼的翼緣寬度和厚度;tw，hw分別為腹板的寬度與高度;n0為軸壓比。

分析模型中混凝土、鋼筋及型鋼采用ABAQUS中的Solid單元，如圖2所示;縱筋和箍筋采用Wire單元。

1.2 材料本構(gòu)關(guān)系

1)混凝土材料本構(gòu)關(guān)系。對(duì)于SRC 柱可劃分為箍筋外無約束混凝土區(qū)和箍筋內(nèi)有約束混凝土區(qū)，箍筋外認(rèn)為混凝土處于單軸受壓應(yīng)力狀態(tài)，采用Saenz模型來模擬無約束區(qū)混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。箍筋內(nèi)認(rèn)為混凝土處于多軸受力狀態(tài)，可等效為單軸受壓應(yīng)力狀態(tài)，所采用的混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖3所示。

圖1 SRC柱截面圖

圖2 分析模型

表1 構(gòu)件基本參數(shù)